대덕밸리이야기

□ 한국천문연구원 임형철 박사팀은 레이저를 이용해 인공위성 등 우주물체의 위치를 정밀하게 잡아내는 ‘우주측지용 레이저 위성추적시스템(SLR)’을 최근 개발했습니다.

SLR은 레이저를 단계적으로 증폭시켜 우주까지 도달할 수 있는 고에너지 레이저를 쏘아보내 인공위성의 정확한 위치를 추적하는 시스템입니다.

천문연구원은 지난 2008년 SLR 연구에 착수, 최근 이동형 SLR을 완성했고, 오는 2014년까지는 더욱 고출력의 고정형 SLR을 개발할 예정입니다.
 
이 기술의 핵심은 고에너지 레이저를 우주로 쏴 인공위성에 맞고 돌아온 시간과 각도를 계산해 거리와 위치를 정확히 측정하는 것으로, 레이저를 우주까지 보내기 위해서는 상당한 고출력이 필요합니다.

또 출력을 더욱 증강시킬 경우 인공위성에 탑재된 각종 센서를 파괴하거나, 아예 위성 자체를 무력화시키는 것도 이론적으로 가능합니다.

SLR은 1962년 미국에서 처음 개발된 이래 극소수의 우주강국들이 전세계에서 50여 개 시스템을 운영 중입니다.

이 기술은 인공위성은 물론 탄도미사일 추적 등 우주 무기체계 기술과 연관돼 선진국들이 기술이전을 꺼리고 있습니다.

특히 미국과 러시아, 중국 등은 위성 공격용 SLR을 이미 실전배치한 것으로 알려졌지만, 우주공간을 평화적으로 활용해야 한다는 UN 규정에 따라 이를 비공식적으로 운용하고 있습니다.

□ 최근 중국이 레이저를 항공기 조종사나 전차 포수에게 직접 지향해 실명시켜버리는 무기를 장착했다는 소문이 파다합니다.
 
지금까지 거리측정기 등으로 전차나 항공기에 장착된 레이저를 직접 살상용으로 사용하기 시작한 것입니다.

이번에 천문연구원이 개발한 SLR이 아직 인공위성을 향한 직접 테스트를 하지 못하고 있는 것도 이 때문입니다.

만약 상공에 비행기가 있을 경우 조종사에게 상해를 가할 수 있다는 우려에 따른 것입니다.

실제 이번에 개발한 이동형 SLR의 레이저 세기는 손바닥으로 가릴 경우 뼈까지 녹는다고 합니다.

천문연구원은 현재 이 부분을 관할하는 국토해양부의 허가를 기다리고 있는 상태인데, 이르면 다음 주 중 테스트를 할 예정이라고 합니다.

이번 이동형 SLR 테스트는 반사경이 부착된 인공위성에만 적용된다고 합니다.

그러나 2014년 개발될 고정형 SLR은 레이저 세기가 더욱 세져서 반사경이 없는 인공위성이나 우주 물체까지 탐지할 수 있습니다.

한국천문연구원에 설치된 SLR을 지상 테스트 하는 모습

□ 이런 레이저 시스템이 완성되면 이를 정교하게 컨트롤할수 있는 마운트가 필요합니다.

아주 미세한 각도 차이라도 수 만~수십 만 ㎞ 거리에 있는 위성을 정확히 맞추는 데는 치명적이기 때문입니다.

그래서 이 같은 추적장치를 추적마운트(Tracking Mount)라고 하는데, 우주 감시기기를 지지하면서 인공위성과 같은 우주물체나 별을 정확히 지향하고 추적하는 초정밀 기계시스템입니다.

□ 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실 손영수 박사팀이 한국천문연구원의 '우주측지용 레이저 위성추적시스템(SLR) 개발 사업'의 일환에 따라 제작된 레이저 송수신 광학망원경을 초당 10도의 빠른 속도로 움직이면서 300~25,000㎞ 상공의 인공위성을 1 각초(1/3600도) 이내의 정밀도로 추적할 수 있는 초정밀ㆍ고속 마운트 제어기술을 개발했습니다. 
 
특히 이번에 개발된 기술은 기존의 기어방식이 아닌 비접촉 직접 구동(Direct Drive) 메카니즘 설계기술이 적용돼 인공위성을 정밀하게 지향하고 추적할 수 있습니다.

천체망원경으로 천구상의 별을 추적하기 위해서는 정밀 마운트가 필요합니다.

그런데 인공위성은 별보다 수백 배 빠르게 움직입니다.

그러나 이와 관련된 레이저 인공위성 추적시스템 기술은 인공위성이나 탄도 미사일의 레이저 요격과 같은 국방무기체계 기술과 연관돼 우주기술 선진국들이 기술이전을 꺼려왔습니다.

이번에 국내 순수 기술로 독자 개발한 기술은 우주기술 강국인 미국ㆍ일본 등이 보유하고 있는 레이저 위성추적시스템의 추적마운트 지향 정밀도 보다도 오히려  1~2 각초 앞선 세계 최고 수준입니다.

<레이저 위성추적 개요 및 시스템 구성>

한국기계연구원 에너지플랜트안전연구실 최병일 박사팀과 가상현실 전문기업 에이알비전은 초고층 복합건물에서 발생한 가상의 화재 상황을 실감 영상기술로 재현하는 팀 단위의 구조 훈련을 할 수 있는 일선 소방관용 훈련 시뮬레이터 개발에 성공했습니다.
  
현재 중앙소방학교에서 쓰이는 미국산 시뮬레이터는 일선 소방관이 아닌 지휘관용입니다.

이번에 새로 개발된 시뮬레이터는 네트워크 상에서 작동해 2인 1조로 이뤄진 총 3개 팀이 동시에 화재진압 훈련을 할 수 있어 상호 협조 훈련에 적합합니다.

소방관들의 이동 경로에 따른 유독가스 산출량을 실시간으로 보여주며, 전산 시뮬레이션을 통해 화재의 정확한 전파 상황과 온도 분포를 알려주고, 온도 변화에 따른 열기 체험도 가능합니다.

이번 시뮬레이터에 쓰인 교육 훈련 시나리오는 대규모 인명 피해가 예상되는 밀폐된 대형 구조물에 가장 적합하게 설계됐으며, 이는 우리나라 소방관들이 현재 사용 중인 '화재 대응지침(SOP)'에 기반해 제작됐습니다.

특히 소방구조 활동 중 가장 어렵다고 알려진 백드래프트(Backdraft), 플래쉬오버(Flashover) 등의 화재현상도 시뮬레이션 기법으로 완벽히 재현, 소방관들의 대처능력을 높이도록 했습니다.

이번 연구는 소방방재청 차세대 핵심 소방안전 기술개발 사업의 지원으로 진행됐습니다. 

 용  어  설  명

백드래프트(Backdraft) :
역화(逆火).
산소가 부족하거나 훈소(불꽃 없이 타는 연소) 상태에 있는 실내에 산소가 일시적으로 다량 공급될 때 연소가스가 순간적으로 발화하는 현상.

플래쉬오버(Flashover) :
연소된 인화물에서 발생한 가연성 혼합 기체가 가득차 실내 온도가 가연성 혼합기체의 발화점보다 높아지는 순간 한꺼번에 착화되는 현상. 

그래핀은 탄소원자가 2차원 평면상에서 벌집모양의 공유결합구조를 이루는 탄소나노소재로 높은 전기전도성과 유연한 성질 등을 갖고 있어 꿈의 소재로 각광받고 있습니다.

그래핀은 탄소원자 6개가 만든 6각형 모양이 종이처럼 넓게 이어진 구조로, 두께가 0.34㎚로 매우 얇고 투명하며 강도와 열전도성, 탄성 등이 뛰어나 물리적, 화학적 안전성이 매우 높은 특징이 있습니다. 

유연 투명 디스플레이나 터치패널, 유연 태양전지 등 차세대 IT 제품에는 전기전자 소자의 보호필름 역할을 하는 유연한 소재의 투명전극이 필수적이지만 기존 그래핀 유연투명전극은 고온 다습하거나 가벼운 마찰에 의해 쉽게 파괴돼 상용화에 어려움을 겪어왔습니다.

□ 한국기계연구원 이학주 박사팀은 성균관대 안종현 교수팀과 함께 그래핀 전극의 전기전도도를 일정하게 유지하면서 A4 용지 크기의 그래핀 표면에 30㎚ 두께로 균일하게 폴리머 박막을 연속 코팅하는 데 성공했습니다.

연구팀이 개발한 그래핀 유연투명전극 보호용 폴리머 박막은 그래핀 표면 위에 약 30㎚ 두께로 코팅되어 환경적, 기계적 마찰로부터 그래핀을 보호함으로써 가혹한 환경에서도 그래핀의 전기적 특성을 유지할 수 있도록 해줍니다.

이번 기술은 환경적, 기계적 요인에 의해 그래핀의 전기적 특성이 저하되는 문제를 해결함으로써 그래핀 유연투명전극을 활용한 제품의 상용화를 앞당길 전망입니다.

이번 연구결과는 2011년 12월 12일 나노소재 분야의 저명한 국제학술지인 'ASC Nano'에 게재됐습니다.

한편 그래핀 관련 시장은 2015년부터 본격 상용화가 시작돼 2030년에는 6000억 달러 규모로 형성될 전망이며, 이 중에서 그래핀 투명전극 관련 시장은 1200억 달러로 예상됩니다.

존경하는 한국기계연구원 임직원 여러분,

2012년, 임진년 새해가 밝았습니다.

여러분의 가정에 건강과 행복이 가득하시기를 기원합니다.

지난 한 해 여러 가지 어려운 상황 속에서도 정성을 다하여 연구원 본연의 임무에 헌신해주신 여러분의 노고에 마음으로부터 깊은 감사를 드립니다.

돌이켜보면 지난 2011년은 우리 자신의 내면을 돌아다 볼 수 있는 뜻 깊은 한 해였다고 생각합니다.

불의에 닥친 어려움도 온 직원이 하나가 되어 극복해냈습니다.

수고 많으셨습니다.

임직원 여러분!

새 해 2012년은 우리 연구원과 대한민국 과학기술계가 중대한 변혁의 고비를 맞는

의미 깊은 해라고 하겠습니다.

우리를 둘러싼 외부 환경은 말 그대로 ‘급변’ 중입니다.

한반도를 둘러싼 정세와 국제정치·세계경제 환경이 그러하고 과학기술계 역시 엄혹한 도전에 직면해 있습니다.

지금 이 시간에도 세계 각국은 지식기반 경제에 맞춰 경쟁력을 높이기 위해 심혈을 기울이고 있습니다.

이는 곧 우리가 현재에 안주할 명분도, 여유도 이제 더 이상 남아있지 않다는 뜻이기도 합니다.

무엇보다 융복합과 창조의 기치 아래 선진 연구개발 체제 구축을 위한 정부의 의지가 그 어느 때보다 강력합니다.

한정된 국가 예산 규모에도 불구하고 정부는 2012년 R&D 예산을 약 16조원 수준으로 확대해 GDP 대비 R&D 비중을 세계 3위 수준까지 끌어올렸습니다.

국가 R&D의 컨트롤 타워인 국가과학기술위원회의 출범은 우리에게 새로운 도전을 요구하고 있고, 국제과학비지니스벨트의 조성은 내부의 경쟁에 안주하던 우리 과학기술계를 연구소, 지역, 국가의 울타리를 뛰어넘는 무한경쟁 시스템으로 탈바꿈시킬 것입니다.

저는 이 같은 변화의 소용돌이 속에서 한국기계연구원이 명실공한 세계 초일류 연구기관으로 우뚝 설 수 있도록, 2012년 한 해 동안 다섯 가지를 여러분과 함께 이루고자 합니다.

첫째, 정부에서 목표로 하는 무역 2조 달러 시대의 달성을 앞당기기 위해 기계분야 신성장동력 산업기술 개발을 선도해나가겠습니다.

정부는 바이오·헬스와 나노, 로봇 등 주요 신산업 분야의 가시적인 성과 창출과 글로벌화에 박차를 가하고 있습니다.

우리 연구원도 대한민국의 새로운 미래 먹을거리, 국부 창출을 위한 R&D 분야를 한층 강화하고, 미래 산업의 발전에 대비하겠습니다.

특히 신성장동력 산업의 첨단 생산장비와 극한 환경 분야에서 활용되는 기계류 및 부품의 연구 개발을 통해 급변하는 대외 R&D 수요 변화에 보다 적극적으로 대응할 것입니다.

'근고지영(根固枝榮)'이란 말이 있습니다.

뿌리가 튼실해야 가지가 무성하고 그 무수한 가지에 알찬 열매가 달리는 법입니다.

우리의 뿌리는 ‘원천기술’입니다.  

원천기술을 기반으로 세계 일류상품 상용화를 통하여 국가 기반산업 육성에 이바지해야 하겠습니다.  

둘째, 정부에서 추진하는 체계적인 국가 R&D 시스템 개편에 적극 발맞추겠습니다.

국과위는 R&D 기획과 예산, 평가, 성과활용 등 전주기에 걸친 시스템의 효율화를 추진할 계획입니다.

세계 기술 전쟁이 보다 뜨거워지고 있는 가운데 R&D 전략체제는 필수적인 요소가 되고 있습니다.   

국과위가 추진하는 연구조직 체계로의 전환 정책에 부응하고, 우리 연구원의 정체성 확보를 위해 우리는 이미 임무수행형 2개 연구본부 신설, 전략기획 기능 강화, 기업에의 기술지원과 내부 연구원에 대한 서비스 확대를 골자로 하는 조직개편을 단행했습니다.  

효율적인 조직 운영으로 정부의 녹색․신성장동력 분야 육성을 통한 지속 성장의 기반 마련은 물론 기존 보유기술을 바탕으로 한 신(新) 기술영역 개척으로 새로운 국가 R&D 시스템 정착을 선도해 나갈 것입니다.  

셋째, ‘고객’ 중심 서비스 경영의 주춧돌을 세우겠습니다.

연구원의 고객이 누구입니까. 나 이외의 동료, 더 나아가 국민 모두가 고객입니다.

고객 맞춤형 기술이전 체계를 정착시키는 등 R&D 성과확산시스템을 강화하겠습니다.

기술 이전 사업화 성공률을 높이기 위한 산업계 연계형 프로그램을 개선하겠습니다.

또한 우리를 믿고 기업이 의뢰한 민간수탁, 시험․평가 서비스 업무에도 서비스 정신을 발휘하여 고객들이 ‘감동’할 수 있는 자세로의 전환이 필요합니다.

'고객 감동’의 실현은 탄탄한 우리의 기술력을 기반으로 기술 수요자들이 원하는 기술과 서비스를 미리 예측해 제공할 때 가능할 것입니다.

넷째, 여러분과의 소통을 다변화하고 신뢰를 굳건히 하는 ‘공감 경영’을 정착시키겠습니다. 

제가 먼저 귀와 마음을 열 것입니다.

세계 선도 연구기관이라는 공동의 목표를 이루기 위해서는 여러분, 한 분 한 분 역시 열린 마음으로 서로를 인정해 잘 된 것은 칭찬해주고, 잘못된 것은 이야기해 고쳐 나가는 문화를 만들어 가겠습니다.  

건강한 조직은 언로가 열려 있어야 합니다.

서로 아껴주고 이해하는 따뜻한 마음을 가지고 아낌 없는 박수와 격려, 비판과 채찍질이 함께 해야 할 것입니다.  

아울러 우리의 동료는 우리의 고객이기도 합니다. 

우리 모두가 ‘공감 경영’을 통해 내 옆의 동료부터 감동시킬 수 있는 고객 감동의 서비스를 연구원 내부적으로도 실현해나가야 합니다.

마지막으로, 공공기관으로서의 사회적 책임을 다하고 윤리경영을 통한 깨끗한 조직 문화를 정착시키겠습니다.

투명하고 공정한 경영을 펼쳐나갈 것입니다.  

이를 위해서는 우리 모두가 기본으로 돌아가 관련 법과 규정, 절차를 익히고 지키는 노력을 기울여야 합니다.

이를 바탕으로 예산계획과 확보, 집행, 결산 등

전주기의 정보를 공개하고,

자금 집행 모니터링 등에 힘쓰겠습니다.

연구비 사용의 투명성 강화를 위한 제도 개선은 물론

효율적인 참여율 관리 등

연구관리시스템도 개선해 운영하겠습니다.

세계 최고의 기술 창출이라는 본연의 임무와 함께 공공기관으로서의 사회적 책임을 다하는 것 또한 우리 연구원의 임무임을 잊어서는 안 될 것입니다.

존경하는 임직원 여러분! 

새로운 시대입니다.

과학기술계의 새로운 지평이 열릴 것입니다.

정부차원의 R&D 혁신시스템 구축, 연구원의 정체성 강화와 수월성 추구, 공공기관으로서의 사회적 책임 완수 등과 함께 우리는 우리 본연의 임무인‘기술력’제고에 주력해야 할 것입니다. 

그 어느 때보다 막중한 책임감을 갖고 끊임 없이 도전 정신을 갈고 닦아 나갑시다. 

젊은 과학기술인들의 열정과 관록 있는 연구원들의 경험이 한 데 어울려 세계 1등 기술을 창출하기 위해 최선을 다해 나갑시다.  

저는 여기 계신 여러분의 헌신적인 노력이 있다면 우리가 바라는 목표에 다다를 수 있다고 믿습니다.  

끝으로 다시 한 번 새 해 여러분 모두의 가정에 건강과 평안을 기원합니다.

감사합니다.  

2012. 1. 2.

원장 최 태 인

초경합금의 원료에 사용되는 고가의 텅스텐은 지금까지 절삭 공구용 날 제작을 위해 전량 수입했습니다.

전체를 초경합금으로 제작해오던 기존 드릴과 달리 드릴 공구의 날 끝을 교체해 여러 번 사용할 수 있는 친환경 절삭 공구가 국내 최초로 개발됐습니다.    
 
한국기계연구원 광응용기계연구실 강재훈 박사팀은 드릴 전체를 초경합금(Super hard alloy)으로 제작하던 기존 제품과 달리 절삭 날의 끝 부위를 쉽게 분리 및 교체해 재사용할 수 있는 고성능 드릴을 개발했습니다. 
 

새로 개발된 초경합금 팁 교체형 절삭공구(좌)와 기존의 일체형 절삭공구(우)

초경합금 팁 교채형 재사용 드릴 공구의 구조

초경합금 팁이 체결된 재사용 드릴 공구의 상태와 가공 사진

LED나 LCD TV, 노트북, LED 조명 등에 쓰이는 기능성 광학필름 및 도광판 제조의 핵심 기술인 대면적 미세패턴 롤 가공기술이 사업화돼 국내 최초로 양산 체제에 돌입했습니다. 
 
한국기계연구원 나노공정장비연구실 최두선 박사팀은 고중량 대면적의 압연 롤 표면에 최소 25㎛ 크기의 미세형상을 매우 선명하게 가공할 수 있는 기술을 국내 최초로 양산화 하는데 성공했습니다.

이번에 양산화되는 기술은 롤 무게 최대 3t, 길이 2m, 직경 500㎜의 대형 롤 표면에 크기 300㎛~25㎛의 미세형상을 절삭 가공하는 기술로서, 전체 길이 최대 70㎞의 가공거리를 무결점으로 가공할 수 있습니다. 
 

한국기계연구원이 개발한 광학필름용 미세패턴 롤 금형가공시스템(좌측)과 완성된 압출성형용 롤 금형(우측). 초정밀 온도와 습도 제어 조건에서 24시간 가동된다.

UV 수지를 이용한 광학필름 제조용 미세 패턴롤 : 롤 표면에 수십 ㎛의 미세패턴이 가공된 롤 금형으로, 미세패턴의 형상은 광학 기능에 따라서 결정된다.

마이크로패턴

UV 수지를 이용한 연속 성형공정 및 고휘도 광학필름

최두선 박사